低溫管道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

摘要：在石油化工企業(yè)中，低溫管道經(jīng)常被用到。一般情況下，把+5℃以下的物料管道統(tǒng)稱為低溫管道。但實(shí)際中，低碳鋼在+5℃至-20℃范圍內(nèi)都可以正常使用，因在在這種條件下鋼材主要處在延性狀態(tài)。溫度如果低于-20℃，碳鋼管道就慢慢變?yōu)橐源嘈誀顟B(tài)為主，在這咱種情況下，使用就有了一定的條件限制。因低于或等于-20℃的管道都屬于低溫管道。本文主要通過配管設(shè)計(jì)、管架安裝等幾個(gè)方面，總結(jié)了低溫管道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)際，確定了設(shè)計(jì)人員在低溫工況下管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：低溫管道、配管設(shè)計(jì)、保冷

中圖分類號(hào)：TB658 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

前言

油氣田地面工程及化工工藝裝置中，工藝介質(zhì)低溫管道的設(shè)計(jì)日趨普遍。如：輔助系統(tǒng)的制冷單元、低溫液化CO2，低溫液化LNG等。低溫管道設(shè)計(jì)主要考慮“低溫脆性”和冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及由于保冷需求而產(chǎn)生的一些列設(shè)計(jì)要求兩個(gè)方面。“低溫脆性”，要求設(shè)計(jì)人員合理選擇“沖擊韌性”高的鋼材，同時(shí)從配管設(shè)計(jì)和管系制作上防止脆裂和脆斷。冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及由于保冷需求而產(chǎn)生的一些列設(shè)計(jì)要求也是非常重要的，它直接關(guān)系到能耗和設(shè)備管道的施工、操作、檢修等。

1.配管設(shè)計(jì)

整個(gè)管道是否有足夠的柔性低，是低溫管道設(shè)計(jì)首先要考慮到的，同時(shí)還要充分利用管道的自然補(bǔ)償。補(bǔ)償器是當(dāng)設(shè)計(jì)溫度很低又無法自然補(bǔ)償時(shí)使用。

布置低溫管道時(shí)，應(yīng)避免泵、壓縮機(jī)和排氣管等管道振動(dòng)，必須防止整條管道的振動(dòng)。如果設(shè)計(jì)管理時(shí)，有機(jī)械的振源，就應(yīng)該及時(shí)采取消振措施，此外，接近振源處的管道應(yīng)設(shè)置用以隔斷振源的彈性元件，如波型補(bǔ)償器等。

在低合金鋼、低碳素鋼的低溫管道上，裝有安全閥或排污物，排氣的支管時(shí)，需注意該低溫液體介質(zhì)排出后是否立即汽化，如果立即汽化，就需要大量吸熱，就要結(jié)霜甚至結(jié)冰，把管道溫度降到最低，所以在布置這類支管時(shí)，在容易結(jié)冰范圍內(nèi)應(yīng)采用奧氏體不銹鋼材料，使用法蘭連接不同材質(zhì)的支管。

低溫管彎頭處因應(yīng)力最大，所以彎頭處最容易發(fā)生脆裂，不應(yīng)焊接支吊架。

在低溫管道上，一般靠近彎頭或三通處，不允許直接焊接法蘭，為了拆卸螺栓時(shí)不破壞主管道上的保冷層，需再延長(zhǎng)一段長(zhǎng)度（接一短管）后再焊接法蘭。主管上儀表管嘴焊接法蘭時(shí)，同樣也是這種要求。對(duì)接法蘭中只需要保證法蘭一端留有卸螺栓的間距就可了。

布置管道時(shí)，要考慮管道的移動(dòng)，管道與相鄰管道、設(shè)備及與梁之間應(yīng)留有足夠的間隙；法蘭和閥門的位置保冷厚度大，配管時(shí)應(yīng)留有足夠的間隙；放空和放凈的最小安裝尺寸應(yīng)根據(jù)保冷厚度確定。

當(dāng)保冷管道貫穿樓板時(shí)，注意管道與梁之間的距離，應(yīng)加大預(yù)留孔，配管時(shí)應(yīng)避開梁；立式設(shè)備有稠密上升管道處，注意應(yīng)給出支架與支架的安裝間距；應(yīng)該給出適當(dāng)?shù)谋＠涔艿篱g距。

2.管架的安裝

在設(shè)計(jì)低溫保冷管道支架時(shí)，應(yīng)有防止產(chǎn)生“冷橋”的措施：

1）在水平敷設(shè)低溫管道時(shí)，在管道底部一般墊有木塊或硬質(zhì)保冷材料塊，防止管道中冷量損失；

2）垂直敷設(shè)低溫管道時(shí)，如果支架安裝在低溫設(shè)備上時(shí)，在設(shè)備和管道上都應(yīng)墊有木塊或硬質(zhì)保冷材料塊；

3）管架的支撐重量應(yīng)包括管道保冷結(jié)構(gòu)的重量；

4）由于低溫管道材料強(qiáng)度相對(duì)較低，所以應(yīng)注意低溫管道支架間跨距應(yīng)比一般鋼管道支架間的跨距小；

5）當(dāng)保冷管道無管托支承時(shí)，保冷管道管底標(biāo)高的確定取決于管架或枕梁上的保冷厚度，在管徑變小的位置，保冷厚度也會(huì)變小，為了保持管道管底標(biāo)高，保冷墊木塊的厚度不應(yīng)該改變。

6）保冷墊木塊的厚度比保冷層厚度約大5mm，這樣做可以防止由于管子偏移與梁接觸而引起保冷層的損壞。

7）低溫管道極易生銹，在管架的滑動(dòng)表面應(yīng)采用滑動(dòng)板；

8）低溫管道彎頭處應(yīng)力最大，彎頭處最容易發(fā)生脆裂，所以不宜在彎頭處焊接管道支吊架。

3.工藝閥門的安裝

1）當(dāng)流體是液體時(shí)，低溫閥的閥桿應(yīng)向上安裝，低溫閥的閥桿較長(zhǎng)，安裝閥門時(shí)應(yīng)引起注意；

2）有泄壓孔的低溫閘閥，應(yīng)在閥體的閥蓋上標(biāo)記泄壓孔方向。并注意標(biāo)記不應(yīng)被保冷層覆蓋。

4.儀表元件的安裝

1）熱電偶套管一般為法蘭管嘴，法蘭管嘴的長(zhǎng)度約為4倍保冷層厚度。低溫管道中，熱電偶套管不應(yīng)安裝在垂直管道上，要考慮到保冷層最終被破壞時(shí)底座上將會(huì)結(jié)冰。

2）在低溫設(shè)備上，儀表測(cè)定往往需要暖柱，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到安裝暖柱所需的間距和儀表保冷層所需空間；

3）孔板的安裝。低溫管道上的孔板保冷結(jié)構(gòu)是塊狀保冷結(jié)構(gòu)，中間填充碎料，所需空間較大。孔板法蘭接出的螺紋閥門必須離孔板法蘭保冷層外側(cè)有足夠的凈距，至少76mm。故螺紋接管最小長(zhǎng)度應(yīng)是卸下閥門和操作閥門的間距再加上孔板法蘭保冷層厚度；

4）控制閥的安裝。低溫管路中的控制閥帶有暖柱裝在閥蓋上，增加了閥中心到頂端的距離。因此，控制閥組的總高度較高。

5.防止冷縮的措施

1）應(yīng)注意管材的性質(zhì)

用于低溫管線的奧氏體不銹鋼，通常其線性膨脹量大于碳鋼。因此，奧氏體不銹鋼的位移量相當(dāng)大。由于許多不銹鋼管的壁厚較薄，故強(qiáng)度較低，因此要考慮這些管子支架的設(shè)置；

2）減少由于管線收縮而作用于管系的力的幾項(xiàng)措施

a）使用自膨脹的管系；

b）用膨脹環(huán)路；

c）使用膨脹節(jié)；

d）注意位移。

在采取措施以吸收位移量之前，應(yīng)對(duì)管線上每一點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和明確，以防止支架和梁被推倒。

6.其他

1）保冷材料選用

對(duì)低溫流體采取保冷保護(hù)與外界環(huán)境溫度隔絕。如果保冷層內(nèi)有小的缺陷，如裂縫、裂痕等，就會(huì)對(duì)管內(nèi)的低溫流體產(chǎn)生較大的影響。如保冷不當(dāng)，水蒸氣從外界透過保冷層就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露，進(jìn)而結(jié)冰。冰粒的不斷增長(zhǎng)，將破壞保冷材料，影響保冷效果。因此必須從材料方面考慮，采用濕氣滲透性較低的保冷材料，外表面也應(yīng)采用可放水的另一種保冷材料。

2）操作平臺(tái)和通道設(shè)計(jì)

a）與高溫單元不同，低溫單元中很多項(xiàng)目需頻繁的檢查，需特別注意液體的泄露和保冷層是否被破壞，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

b）在小面積獨(dú)立結(jié)構(gòu)中，例如操作平臺(tái)和通道，需臨時(shí)組合的結(jié)構(gòu)件如螺紋連接和焊接嘗嘗是特殊的。

7.結(jié)論

綜上，低溫管道的設(shè)計(jì)中應(yīng)著重注意安裝空間、支架設(shè)置、儀表元件的安裝、保冷材料的選用等，應(yīng)注意低溫管道的設(shè)計(jì)參數(shù)，低溫工藝對(duì)管道的要求，低溫管道材料的選擇，保冷結(jié)構(gòu)的要求，安裝、操作、維護(hù)的要求以及管道焊接要求等方面。

參考文獻(xiàn)

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